Hva er tilbakemelding innen elektronikk og automatisering

Tilbakemelding er effekten av utgangsverdien til hvert system C (fig. 1) på inngangen til det samme systemet. Bredere tilbakemelding — påvirkningen av resultatene av systemets funksjon på arten av denne funksjonen.

I tillegg til utgangsmengden kan ytre påvirkninger også virke på et fungerende system (x i fig. 1). AV-kretsen som tilbakemeldingen sendes gjennom kalles en tilbakemeldingssløyfe, linje eller kanal.

Ris. 1.

Selve kanalen kan inneholde et hvilket som helst system (D, fig. 2) som transformerer utgangsverdien i prosessen med overføringen. I dette tilfellet sies tilbakemeldingen fra systemets utgang til dets inngang å skje ved bruk av eller gjennom D-systemet.

Ris. 2.

Tilbakemelding er et av de viktigste begrepene innen elektronikk og automatikkteori. Konkrete eksempler på implementering av systemer som inneholder tilbakemelding kan bli funnet i studiet av en lang rekke prosesser i automatiske systemer, levende organismer, økonomiske strukturer, etc.

På grunn av universaliteten til konseptet, som er anvendelig i ulike felt av vitenskap og teknologi, er terminologien på dette feltet ikke etablert, og hvert spesifikt kunnskapsfelt bruker som regel sin egen terminologi.

For eksempel, i automatiske kontrollsystemer bredt brukt begreper om negativ og positiv tilbakemelding, som definerer forbindelsen mellom systemets utgang og dets inngang gjennom en forsterkningsforbindelse med en tilsvarende negativ eller positiv forsterkning.

I teorien om elektroniske forsterkere er betydningen av disse begrepene forskjellig: tilbakemelding kalles negativ, noe som reduserer den absolutte verdien av den totale forsterkningen, og positiv - øker den.

Avhengig av implementeringsmetoder i teorien om elektroniske forsterkere eksisterer strøm, spenning og kombinerte tilbakemeldinger.

Automatiske kontrollsystemer inkluderer ofte flere anmeldelserbrukes til å stabilisere systemer eller forbedre transienter i dem. De kalles noen ganger korrigerende og blant dem er det hard (utføres ved hjelp av en booster-tilkobling), fleksibel (implementert ved differensierende relasjon), isodromisk etc.

I forskjellige systemer kan du alltid finne lukket påvirkningskjede… For eksempel, i fig. 2, virker del B av systemet på del D, og ​​sistnevnte igjen på C. Derfor kalles slike systemer også lukkede sløyfesystemer, lukkede sløyfer eller lukkede sløyfer.

I komplekse systemer kan det eksistere mange forskjellige tilbakemeldingssløyfer. I et flerelementsystem kan utgangen til hvert element generelt sett påvirke inngangene til alle andre elementer, inkludert dets egen inngang.

Hver påvirkning kan vurderes fra tre hovedaspekter: metabolsk, energisk og informativ. Den første er relatert til endringer i materiens plassering, form og sammensetning, den andre til overføring og transformasjon av energi, og den tredje til overføring og transformasjon av informasjon.

I kontrollteori vurderes kun informasjonssiden av påvirkninger. Dermed kan tilbakemelding defineres som overføring av informasjon om utgangsverdien til systemet til dets inngang eller som ankomst av informasjon konvertert av tilbakemeldingslinken fra utgangen til inngangen til systemet.

Prinsippet til enheten er basert på anvendelse av tilbakemelding. automatiske kontrollsystemer (ACS)… I dem gir tilstedeværelsen av tilbakemelding en økning i støyimmunitet på grunn av en reduksjon i påvirkningen av interferens (z i fig. 3) som virker i den fremre delen av systemet.

Ris. 3.

Hvis du i et lineært system med forbindelser med overføringsfunksjonene Kx (p) og K2 (p) fjerner tilbakemeldingssløyfen, bestemmes bildet x av utgangsverdien x av følgende forhold:

Hvis det i dette tilfellet kreves at utgangsverdien x er nøyaktig lik referansehandlingen x *, må den totale forsterkningen til systemet K (p) = K1 (p) K2 (p) være lik enhet og det må være ingen forstyrrelser z. Tilstedeværelsen av z og avviket til K (p) fra enhet gir opphav til en feil e, dvs. forskjellen

For K (p) = 1 har vi

Hvis vi nå lukker systemet ved å bruke tilbakemelding som vist i fig. 3, vil bildet av utgangsmengden x bli bestemt av følgende relasjon:

Det følger av relasjonen at for en tilstrekkelig stor forsterkningsmodul Kx(p), er det andre leddet neglisjerbart og derfor er påvirkningen av interferensen z ubetydelig. Samtidig vil verdien av utgangsmengden x avvike svært lite fra verdien til referansevariabelen.

I et lukket system med tilbakemelding er det mulig å redusere påvirkningen av støy betydelig sammenlignet med et åpent system, siden sistnevnte ikke reagerer på den faktiske tilstanden til det kontrollerte objektet, er "blind" og "døv" «inntil en endring i denne tilstanden.

La oss ta en flyreise som et eksempel. Hvis flyets ror er forhåndsinnstilt med høy presisjon slik at det flyr i en bestemt retning, og er de stivt festet, så vil vindkast og andre tilfeldige og uforutsette faktorer slå flyet av ønsket kurs.

Bare tilbakemeldingssystemet (autopiloten) er i stand til å korrigere posisjonen, som er i stand til å sammenligne den gitte kursen x * med den faktiske x og, avhengig av det resulterende avviket, endre rorposisjonen.

Tilbakemeldingssystemer sies ofte å være feildrevet (avvik). Hvis koblingen Kx (p) er en forsterker med tilstrekkelig stor forsterkning, forblir det lukkede sløyfesystemet stabilt under visse betingelser pålagt overføringsfunksjonen K2 (p) resten av veien.

I dette tilfellet kan steady-state feilen e være vilkårlig liten. Det er nok at det vises ved inngangen til forsterkeren Kx (p), slik at det dannes en tilstrekkelig stor spenning og dannes på utgangen, som automatisk kompenserer for interferens og gir en slik verdi på x hvor forskjellen e= x * — x ville være liten nok.Den minste økningen i e forårsaker en uforholdsmessig større økning i ti... Derfor kan enhver (innenfor praktiske grenser) interferens z kompenseres for, og dessuten, med en vilkårlig liten verdi av feilen e, er manøvreringsbanen med høy forsterkning ofte kalt dyp.

Tilbakemelding i blandede systemer finner også sted under funksjonen til komplekse systemer som består av objekter av ulik natur, men som handler målrettet. Dette er systemer: operatør (menneske) og maskin, lærer og student, foreleser og publikum, menneske og læringsapparat.

I alle disse eksemplene har vi å gjøre med en lukket kjede av påvirkninger. Gjennom tilbakemeldingskanalene mottar operatøren informasjon om funksjonen til den kontrollerte maskinen, treneren - informasjon om oppførselen til eleven og resultatene av treningen osv. I alle disse tilfellene, i prosessen med å fungere, både innholdet i informasjonen som overføres gjennom kanalene, og selve kanalene endres betydelig.